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表面粗糙度测量原理和方法综述

摘要:表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌非常重要的一个参数，表面粗糙度测量技术是现代精密测试计量技术的一个重要组成部分。综述了接触式和非接触式两类测量方法，着重介绍了非接触式测量中的几种测量方法的测量原理及其优缺点。
关键词:表面粗糙度;接触式测量;非接触式测量

Surveyofmeasurementmethodsforsurfaceroughness

AbstractSurfaceroughnessisanimportantparametertoreflectthemicro-geometryinmachineprocessandalsoanimportantpartofmodernprecisemeasurementtechniqueContactmeasurementandnoncontactmeasurementwassummarizedinthispaper,andtheadvantagesanddisadvantagesarediscussed.Someideasaboutitstrendaregivenintheend.
Keywordssurfaceroughnesscontactmeasurementnoncontactmeasurement

1引言
表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌最常用的参数，它反映的是机械零件表面的微观几何形状误差，随着机械加工行业的发展表面粗糙度测量技术也得到长足进步，特别是70年代中后期，随着微电子计算机应用的逐步普及和现代光学技术、激光应用技术的发展，使粗糙度测量技术在机械加工、光学加工、电子加工等精密加工行业中的地位显得愈发重要。
表面粗糙度的测量方法基本上可分为接触式测量和非接触式测量两类:在接触式测量中主要有比较法、印模法、触针法等;非接触测量方式中常用的有光切法、散斑法、像散测定法、光外差法、AFM、飞光学传感器法等。下面就接触式和非接触式两类测量方法分别作介绍与讨论。
2接触式测量
接触式测量就是测量装置的探测部分直接接触被测表面，能够直观地反映被测表面的信息，但是这类方法不适于那些易磨损刚性强度高的表面。
2.1比较法
比较法是车间常用的方法将被测表面对照粗糙度样板，用手摸靠感觉来判断被加工表面的粗糙度;也可用肉眼或借助于放大镜比较显微镜比较比较法一般只用于粗糙度评定参数值较大的情况下，而且容易产生较大的误差。
2.2印模法
利用某些塑性材料作块状印模，贴合在被测表面上，取下后在印模上存有被测表面的轮廓形状，然后对印模的表面进行测量，得出原来零件的表面精糙度对于某些大型零件的内表面不便使用仪器测量，可用印模法来间接测量，但这种方法的测量精度不高且过程繁琐。
2.3触针法
触针法又称针描法，它是将一个很尖的触针(半径可以做到微米量级的金刚石针尖)垂直安置在被测表面上作横向移矶触针将随着被测表面轮廓形状作垂直起伏运魂将这种微小位移通过电路转换成电信号并加以放大和运算处理，即可得到工作表面粗糙度参数值，主要分为电感式压电式感应式等几种。这种仪器稳定性好，示数客观可靠，使用方便等优点，其垂直分辨力最高可达到几纳米。

3非接触式测量
非接触式测量就是利用对被测表面形貌没有影响的手段间接反映被测表面的信息来进行测量的方法，这类方法最大的优点就是测量装置探测部分不与被测表面的直接接触，保护了测量装置，同时避免了与测量装置直接接触引入的测量误差。
3.1光切法
光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法，它将一束平行光带以一定角度投射与被测表面上，光带与表面轮廓相交的曲线影像即反映了被测表面的微观几何形状，解决了工件表面微小峰谷深度的测量问题，避免了与被测表面的接触。由于它采用了光切原理，所以可测表面的轮廓峰谷的最大和最小高度，要受物镜的景深和鉴别率的限制。峰谷高度超出一定的范围，就不能在目镜视场中成清晰的真实图像而导致无法测量或者测量误差很大但由于该方法成本低、易于操作，所以还在被广泛应用，如上海光学仪器厂生产的9J(BQ)光切法显微镜
3.2散斑法
测量原理如图2有单模半导体激光器La发出的光束经透镜发散，由分光镜S分成两路，一路照射被测表面O,另一路通过S射到平面反射镜M返回，作为参考光与被测表面返回的散射光重新在S汇合发生干涉，采用CCD摄像机记录干涉图样，并存储到计算机中。参考镜M与一个压电陶瓷(PZT)相连，PZT由计算机控制，能使参考镜M产生一个微小位移W（x，y）将发生变化。由于相位差是与轮廓深度(即光程差)对应的，因此可根据W（x，y）确定各点的粗糙度
激光散班图一般反映了被激光照射表面的微观结构情况，但要从中直接得出表面参数的信息是非常困难的，特别在用单色光照明粗糙表面时，由于非常粗糙表面所形成的散斑并不完全由粗糙